Файл: Найденов, Г. Ф. Газогорелочные устройства с регулируемыми характеристиками факела.pdf

сносящего потока, то с ростом угла ср значение показателя

но описывающие траекторию оси струи в пределах измене­

б) для случая, когда скорость потока в направлении ис­ течения струи уменьшается,

При tg ф = 0, т. е. при равномерном поперечном потоке, уравнения (53) и (54) переходят в уравнение (51).

Таким образом, на траекторию струи, развивающуюся в сносящем потоке с изменяющимся по сечению полем ско­ ростей, оказывают влияние величина и направление градиен­ та скорости сносящего потока. Однако глубина проникнове­ ния струи в сносящий поток практически зависит только от средней скорости сносящего потока на участке дальнобой­ ности струи.

В работе [43] приведены результаты опытов по проверке последнего предположения. В поле зрения прибора ИАБ451 устанавливали плоскую модель цилиндрического канала с тангенциальным подводом воздуха. Днищами цилиндри­ ческого канала служили плоскопараллельные пластины из оптического стекла КВ. Модель была выбрана плоской по­ тому, что плоскопараллельные стенки не вносят оптических помех в теневую картину.

66

Скорость в поперечном сечении закрученного потока из­

менялась вдоль радиуса по закону, близкому -Jfr- — const.

При обработке экспериментального материала определя­ ли глубину проникновения струи в поток по ее наружному контуру и сравнивали с расчетной глубиной, подсчитанной по выражению

Hp = h +

где Я р — расчетная глубина проникновения струи по ее наружному контуру.

Результаты проведенных исследований подтверждают применимость для расчета газовых горелок, где определяю­ щим является не форма струи, а ее дальнобойность, формулы (38) и в тех случаях, когда сносящий поток имеет неравномер­ ное по сечению поле скоростей. Средняя скорость (расходная) должна быть заменена при этом средней скоростью потока на участке взаимодействия струи и потока.

ФАКЕЛ ГОРЕЛКИ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПОДВОДОМ ДУТЬЕВОГО ВОЗДУХА

Факел вихревой горелки характеризуется большим углом раскрытия, противотоком движения раскаленных газов в осе­ вой области устья горелки, повышенной эжекдионной спо­ собностью и относительно малой аэродинамической и тепло­ вой дальнобойностью. Все эти качества факела являются в основном результатом закрутки воздушного потока.

Осевая дальнобойность факела зависит от интенсивности крутки, с изменением которой изменяется и соотношение тан­ генциальных и аксиальных скоростей в воздушном потоке. На размеры факела влияют конфигурация амбразуры, ка­ чество смешения, тепловое напряжение огневого сечения, коэффициент избытка воздуха,, характеристика топки и вза­ имное расположение горелок в ней.

Исследования, проводившиеся на огневых моделях [54] {в горелках обеспечивалось пропорциональное распределе­ ние газа в потоке воздуха согласно методике Ю. В. Ивано­ ва), показали, что с изменением крутки от 1,86 до 4,0 при постоянных расходе газа и коэффициенте избытка воздуха длина факела сокращается примерно в 1,5 раза. Ниже при­ ведены значения ориентировочной длины факела вихревой

бытка воздуха значительно влияет на длину факела только при общем недостатке воздуха или в случае плохого пере­ мешивания газа с воздухом внутри горелки.

Размеры и форма амбразуры оказывают заметное влияние на структуру факела. Исследования горения предварительно подготовленных газовых смесей [16] показали, что процесс выгорания смеси определяется гидродинамическими свой­ ствами, а также условиями теплообмена в туннелях.

Вкотельной практике применяются различные по форме

иразмерам амбразуры вихревых горелок. Продольный раз­ мер амбразуры обычно определяется толщиной обмуровки топки котла в том месте, где устанавливается горелка. Пе­ риферийные газовые камеры утапливают в кладку или рас­ полагают с некоторым зазором от стенки. В первом случае фактическая глубина амбразуры уменьшается, а во втором —■ возрастает. При этом изменяется отношение длины амбразуры

68

1ак ее диаметру Da. У горелок большой производительности, как правило, l JDa меньше, чем у горелок малой производи­ тельности. Разнообразны формы применяемых амбразур: цилиндрические, конические, с пережимом, с внезапным рас­ крытием и т. д.

Исследования, проведенные в Институте газа АН УССР под руководством И. Я. Сигала [54], показали, что форма ам­ бразуры значительно влияет на выгорание газа и распре­ деление температуры в устье вихревой горелки. Для цилинд­ рической амбразуры характерна большая неравномерность концентраций продуктов горения по сечению. На расстоя­ нии l JDa = 0,4 от периферийной газовой камеры горение у стенки амбразуры еще не происходит. Это подтверждается также распределением температуры. На периферии темпера­ тура не превышает 770°К, а в осевой области, за счет заса-

.сывания раскаленных продуктов горения, температура дог стигает 1700°К-

В конической амбразуре поля температуры и концент­ раций более равномерны. На таком же расстоянии от пе­ риферийной газовой камеры максимальная температура 1530°К находится также в. осевой области, а вблизи устья амбразуры по всему сечению температуры близка к

1550° К.

В амбразуре с внезапным раскрытием топливо практиче­ ски полностью выгорает до выхода в топку, температурное поле в устье более равномерно, чем у конической.

Ориентировочные размеры факелов, вихревой горелки,

15%. Было выяснено также, что с увеличением длины ци­ линдрической амбразуры в два и три раза температура про­ дуктов сгорания возрастала в выходном сечении с 1720 до 1900 и 1970°К соответственно. Эти данные показывают, что значительное удлинение амбразуры может привести к ее оплавлению.

69

Условия развития факела в экспериментах отличались от тепловых и аэродинамических условий в топках реальных котлов. Поэтому полученные данные имеют ориентировоч­ ный характер и отражают качественные зависимости, ко­ торые необходимо учитывать при конструировании и других типов вихревых горелок.

В горелочных устройствах с комбинированным подводом

оси цилиндрического канала. Увеличение расхода по осевой трубе уменьшает интенсивность крутки потока, выдаваемо­ го горелкой, а также приводит к нарушению первоначально­ го распределения газа в сносящем потоке. Если газ в потоке воздуха распределяется первоначально равномерно, то по­ дача части воздуха по осевой трубе нарушает равномерность, что приводит к увеличению времени, необходимого на под­ готовку горючей смеси.

Так как полное время протекания процесса горения т„ складывается из времени, необходимого для физического про­ цесса смесеобразования Тфиз, и времени химического пре­ вращения исходных веществ в продукты горения тхим, при­ чем в диффузионной области Тфиз j>> тхим, то затягивание процесса смесеобразования приводит к увеличению полного

70

времени горения и, при постоянстве скорости движения по­ тока из устья горелки, к увеличению дальнобойности факела. Естественно, при определенных условиях подача воздуха по оси горелки может, наоборот, ускорить перемешивание и факел горелки сократится.

Аэродинамические исследования при изотермических условиях, являясь основой в изучении закономерностей то­ почных процессов горения, все же не дают строгих зависи­ мостей между параметрами факела и характеристиками потоков по той причине, что при горении происходит нагрев

ирезкое увеличение объема газов, изменение полей давления

искоростей, автотурбулизация потока. Поэтому для выяс­ нения влияния интенсивности крутки и изменения доли рас­ хода воздуха по осевой трубе на параметры факела комбини­ рованной горелки были проведены огневые исследования.

Подача дутьевого воздуха по осевому подводу заметно влияет на факел горелки. В том случае, когда весь дутьевой воздух подается по тангенциальному подводу (б = 0), фа­ кел сравнительно короткий, мало светящийся и имеет ха­ рактерную для вихревых пламен форму раскрывающегося конуса. По мере увеличения доли расхода по осевому под­ воду до б = 0,3 жесткость факела снижается. Факел ста­ новится вялый, вблизи устья горелки его светимость уве­ личивается, а языки пламени отклоняются вверх. Затем, начиная с б = 0,4, жесткость факела возрастает, попереч­ ный размер факела уменьшается, а продольный размер уве­ личивается. На некотором расстоянии от устья амбразуры возникает ярко светящаяся область. При б = 0,5 дальнобой­ ность факела значительно увеличивается, почти по всей дли­ не факел приобретает якро-соломенный цвет. Пламя форми­ руется вокруг воздушного потока, выходящего из осевой

трубы.

В камере горения размеры факела несколько отличаются от размеров в открытой атмосфере, однако качественная за­ висимость длины факела от расхода воздуха по осевому под­ воду сохраняется.

71

Поскольку осевой поток воздуха приводит к изменению суммарного параметра крутки газовоздушного потока, а параметр крутки представляет собой отношение конструк­ тивных размеров, то зависимость длины факела от параметра крутки представляет определенный интерес (рис. 25). На рисунке по оси ординат отложена относительная длина

шибер находился в нейтр альном положении. Интенсивность крутки от 1,8до 4,Зизменялась при помощи языкового шибера, а от 1,8 до 0,36 — за счет уве­ личения общего расхода воздуха, подаваемого по осевой тру­ бе, от 0 до 0,5. Подача по осевой трубе прямым потоком доли общего расхода воздуха изменяет расчетное значение ин­ тенсивности крутки пропорционально величине р [см. фор­ мулу (28)].

С ростом значения интенсивности крутки от 1,8 до 4,3 длина факела уменьшается приблизительно на 30%, причем наблюдается тенденция к снижению влияния на длину фа­ кела интенсивности крутки с ростом последней. Уменьше­ ние интенсивности крутки от 1,8 до 0,36 сопровождается рос­ том дальнобойности факела, в пределе приближающейся к дальнобойности соответствующего прямоточного факела.

Полученная экспериментальная зависимость /ф =*

72